一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，未入網(wǎng)的路由節(jié)點上電后，首先執(zhí)行關聯(lián)入網(wǎng)的流程；然后向周圍的節(jié)點發(fā)送信標請求幀，并接收周圍節(jié)點發(fā)來的信標幀，所述幀中包含地址段長度信息；優(yōu)先選擇地址段長度較長的節(jié)點作為自己的父節(jié)點；最后向選定的父節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求幀，所述幀中包含分配給該節(jié)點的地址和一個地址段。根據(jù)加入網(wǎng)絡后的節(jié)點的自身地址段大小的不同可分為三種狀態(tài)，節(jié)點在每種狀態(tài)下進行不同的處理流程，不需要大量的內(nèi)存空間來存儲地址列表，減輕了對單一地址分配節(jié)點的依賴，一定程度上減小了入網(wǎng)的延時，并且增強了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，有效降低了網(wǎng)絡負載和延時問題。
【專利說明】一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線自組網(wǎng)的網(wǎng)絡層協(xié)議棧開發(fā)，屬于無線自組網(wǎng)領域，具體涉及一 種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線自組網(wǎng)絡是一種特殊的無線移動通信網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中所有節(jié)點的地位平等，無 需設置任何中心控制節(jié)點，具有很強的抗毀性。網(wǎng)絡中的節(jié)點不僅具有普通移動終端所需 的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。當通信的源節(jié)點和目的節(jié)點不在直接通信范圍之內(nèi)時，它 們可以通過中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文進行通信。有時節(jié)點間的通信可能要經(jīng)過多個中間節(jié)點的轉(zhuǎn) 發(fā)，即報文要經(jīng)過多跳才能到達目的地，這是無線自組網(wǎng)絡與其他移動通信網(wǎng)絡的最根本 的區(qū)別。無線自組網(wǎng)絡的節(jié)點通過分層的網(wǎng)絡協(xié)議和分布式算法的相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的 自動組織和運行。地址分配機制是決定無線組網(wǎng)性能好壞的關鍵因素。節(jié)點的16位網(wǎng)絡 地址分配方法在組網(wǎng)、入網(wǎng)以及路由連接過程中起到了重要的作用。每一個加入網(wǎng)絡的節(jié) 點，除了擁有自身固定的64位IEEE長地址，還會獲得所在網(wǎng)絡提供的16位網(wǎng)絡短地址，采 用16位短地址可以有效地減小每個數(shù)據(jù)包的長度。目前有兩類常見的地址分配方式。
[0003] -類是層次型地址分配機制。在這種機制中，路由連接很容易，只需要根據(jù)地址的 值并按照一定的算法來判斷下一跳地址。采用這種地址分配機制，不需要協(xié)調(diào)器作為中心 節(jié)點。但是一旦網(wǎng)絡中節(jié)點位置發(fā)生變化，網(wǎng)絡不會保存該節(jié)點的位置。所以，對于節(jié)點移 動性較強的網(wǎng)絡，當網(wǎng)絡拓補結(jié)構(gòu)不規(guī)則的變化時，會造成網(wǎng)絡資源的浪費。
[0004] 另一類是平面型地址分配機制。在這種機制下，節(jié)點的地址是隨機分配的，地址的 分布與網(wǎng)絡拓補無關。這類分配方法可以細分為2種，一種是中心管理機制，另一種是分布 管理機制。在中心管理機制下，網(wǎng)絡中選取一個節(jié)點來統(tǒng)一管理地址分配。這種分配方法 的優(yōu)點是，不需要進行整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)的地址沖突檢查，有效地降低了網(wǎng)絡負載。但是缺點 也是顯而易見的，地址分配節(jié)點需要大量的內(nèi)存空間來存儲地址列表。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點 在加入網(wǎng)絡時都需要和該節(jié)點通信，一旦協(xié)調(diào)器處于忙碌狀態(tài)，節(jié)點的入網(wǎng)延時會大大增 力口。在分布管理機制下，并不是只有單一節(jié)點具有地址分配能力，網(wǎng)絡中的路由節(jié)點也可以 進行地址分配。新加入網(wǎng)絡的節(jié)點首先選擇具有地址分配能力的父節(jié)點。父節(jié)點隨機選出 一個地址，然后以廣播的方式通知周圍具有地址分配能力的節(jié)點，其它節(jié)點收到之后，再廣 播出去。通過這種洪泛的方式，讓網(wǎng)絡中所有節(jié)點都收到該通知。如果有某個節(jié)點回復該 通知，則表明該地址已經(jīng)被使用。然后父節(jié)點重新再選擇地址，重復之前的過程，直到選擇 的地址未被使用，才將該地址分配給子節(jié)點。這樣做的優(yōu)點是，減輕了對單一地址分配節(jié)點 的依賴，一定程度上減小了入網(wǎng)的延時，并且增強了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。缺點是，每次隨機分配 地址后，必須進行地址沖突檢查，這種檢測帶來了很高的網(wǎng)絡負載。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，解決平面型地址分 配機制帶來的網(wǎng)絡負載和延時問題，并且采用基于狀態(tài)監(jiān)測的方法，解決該機制自身帶來 的地址耗盡和泄露問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，未入網(wǎng)的路由節(jié) 點上電后，首先執(zhí)行關聯(lián)入網(wǎng)的流程；然后向周圍的節(jié)點發(fā)送信標請求幀，并接收周圍節(jié)點 發(fā)來的信標幀，所述幀中包含地址段長度信息；優(yōu)先選擇地址段長度較長的節(jié)點作為自己 的父節(jié)點；最后向選定的父節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求幀，所述幀中包含分配給該節(jié)點的地址和一 個地址段。
[0007] 加入網(wǎng)絡后的節(jié)點周期性地檢查自身的地址段長度，根據(jù)自身地址段大小的不同 可分為三種狀態(tài)：正常狀態(tài)、臨界狀態(tài)和耗盡狀態(tài)，節(jié)點在每種狀態(tài)下進行不同的處理流 程。
[0008] 所述地址段長度閾值設定為4,當?shù)刂范伍L度大于或等于4時，節(jié)點處于正常狀 態(tài)；當?shù)刂范伍L度大于〇且小于4時，節(jié)點處于臨界狀態(tài)；當?shù)刂范伍L度等于0時，節(jié)點處于 耗盡狀態(tài)。
[0009] 節(jié)點處于正常狀態(tài)時，處理流程如下： 1) 節(jié)點廣播一個地址段信息幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，所述幀中包含地址段長度、 地址范圍以及當前狀態(tài)信息； 2) 節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)來的地址段信息幀，并獲取鄰居節(jié)點的當前地址段長度信 息，如果鄰居節(jié)點的地址段長度是自身的5倍以上，則向該鄰居節(jié)點發(fā)送地址請求信息幀； 3) 鄰居節(jié)點收到地址請求信息幀后，回復一個地址請求響應幀，把自身地址段長度的 一半分配給該節(jié)點，所述幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信息； 4) 兩個節(jié)點各自更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段范圍和長度信息。
[0010] 節(jié)點處于臨界狀態(tài)時，處理流程如下： 1) 節(jié)點洪泛一個臨界狀態(tài)幀給網(wǎng)絡中的所有路由節(jié)點，該幀中包含了自身地址段長度 以及當前狀態(tài)信息； 2) 網(wǎng)絡中的路由節(jié)點收到該幀后，會把自身的地址段長度與之比較，如果超過臨界狀 態(tài)節(jié)點地址段長度的3倍，則該節(jié)點會回復一個臨界狀態(tài)響應幀，把自身地址段長度的三 分之一分配給臨界狀態(tài)節(jié)點，幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信息； 3) 兩個節(jié)點各自更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段長度和范圍信息。
[0011] 節(jié)點處于耗盡狀態(tài)時，在后面的周期中不會再廣播或洪泛地址段信息幀，其處理 流程如下： 1) 節(jié)點廣播一個地址耗盡幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，該幀中包含當前狀態(tài)信息； 2) 鄰居節(jié)點收到該幀后，會記錄下該節(jié)點的當前狀態(tài)。
[0012] 在某個周期中，如果節(jié)點不能收到鄰居節(jié)點的地址段信息，節(jié)點首先會檢測鄰居 節(jié)點的狀態(tài)；如果鄰居節(jié)點不是處于耗盡狀態(tài)，節(jié)點會檢查鄰居節(jié)點最后一次廣播的地址 段信息，并把自身原有的地址段與之合并；節(jié)點更新完自身地址段信息后，廣播一個地址段 信息幀，通知鄰居節(jié)點來及時更新信息。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點是： 此發(fā)明提供的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，根據(jù)加入網(wǎng)絡后的節(jié)點的自身地址 段大小的不同可分為三種狀態(tài)，節(jié)點在每種狀態(tài)下進行不同的處理流程，不需要大量的內(nèi) 存空間來存儲地址列表，減輕了對單一地址分配節(jié)點的依賴，一定程度上減小了入網(wǎng)的延 時，并且增強了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，有效降低了網(wǎng)絡負載和延時問題，并且采用基于狀態(tài)監(jiān)測的 方法，解決該機制自身帶來的地址耗盡和泄露問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述： 圖1是本發(fā)明一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法的正常狀態(tài)地址段重配示意圖； 圖3是本發(fā)明一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法的臨界狀態(tài)地址段獲取示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參 照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本 發(fā)明的概念。
[0016] 實施例： 一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，首先節(jié)點通過關聯(lián)方式加入網(wǎng)絡。網(wǎng)絡 中的第一個路由節(jié)點組建完網(wǎng)絡并分配給自己0x0000地址后，維持一張地址范圍表 (Nmin, Nmax)。當一個具有地址分配能力的路由節(jié)點通過它加入網(wǎng)絡時，它把Nmin地 址分配給節(jié)點，同時Nmin=Nmin+l。對于新加入網(wǎng)絡的路由節(jié)點，也有一張地址范圍表 (N，min, N，max)，其中 N，min= (Nmax-Nmin)/2, N，max=Nmax。然后 Nmax= (Nmax_Nmin)/2， 兩個節(jié)點都更新自己的地址表。相當于父節(jié)點除了分配一個特定的地址給路由子節(jié)點，還 將自己地址段的一半交給該子節(jié)點，以便該子節(jié)點讓更多的子孫節(jié)點加入。
[0017] 加入網(wǎng)絡后的節(jié)點，根據(jù)自身地址段大小的不同可分為三種狀態(tài)：正常狀態(tài)、臨界 狀態(tài)和耗盡狀態(tài)。圖1為節(jié)點工作流程圖。節(jié)點周期性地檢查自身的地址段長度，地址段 長度閾值設定為4。當?shù)刂范伍L度大于或等于4時，節(jié)點處于正常狀態(tài)；當?shù)刂范伍L度大于 0且小于4時，節(jié)點處于臨界狀態(tài)；當?shù)刂范伍L度等于0時，節(jié)點處于耗盡狀態(tài)。節(jié)點在每 種狀態(tài)下進行不同的處理流程。
[0018] 在網(wǎng)絡建立之初，由于網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目較少，節(jié)點的地址段長度比較充裕，長度值 一般都大于地址長度閾值4。此時的節(jié)點處于正常狀態(tài)，按照如下步驟進行處理： 步驟a :節(jié)點廣播一個地址段信息幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，幀中包含地址段長度、 地址范圍以及當前狀態(tài)等信息。
[0019] 步驟b :節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)來的地址段信息幀，并獲取鄰居節(jié)點的當前地址 段長度信息。如果鄰居節(jié)點的地址段長度是自身的5倍以上，則向該鄰居節(jié)點發(fā)送地址請 求信息幀。
[0020] 步驟c :鄰居節(jié)點收到地址請求信息幀后，會回復一個地址請求響應幀，把自身 地址段長度的一半分配給該節(jié)點。幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信息。
[0021] 步驟d :兩個節(jié)點各自更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段長度和范圍信息。
[0022] 下面舉例說明這種地址重配過程。如圖2所示的正常狀態(tài)地址段重配過程，節(jié)點 N1和節(jié)點N2是一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，N1的地址段長度為10，N2的地址段長度為60。在 某個地址檢測周期來臨后，N1和N2檢測到自身都處于正常狀態(tài)，于是向鄰居節(jié)點廣播自身 的地址段長度信息。N1從N2發(fā)送的地址段信息幀中獲取N2的地址段長度是自身的6倍， 然后N1便向N2請求分配地址段。N2會拿出自身地址段產(chǎn)長度的一般分配給N1。分配過 后N1和N2的地址段長度分別為40和30。
[0023] 通過周期性的地址段重配，我們可以保證局部范圍內(nèi)節(jié)點的地址段長度基本相 同。但是當這個局部范圍內(nèi)不斷有新節(jié)點加入時，便有可能導致這個范圍內(nèi)的節(jié)點地址段 長度普遍比較小，因而地址段重配過程也相對減少。當節(jié)點的地址段長度小于4,也就是低 于地址段閾值時，節(jié)點就進入了臨界狀態(tài)。節(jié)點處于臨界狀態(tài)時，按照如下步驟進行處理： 步驟a:節(jié)點洪泛一個臨界狀態(tài)幀給網(wǎng)絡中的所有節(jié)點，該幀中包含了自身地址段長 度信息以及當前狀態(tài)。
[0024] 步驟b:網(wǎng)絡中的路由節(jié)點在收到該幀后，會把自身的地址段長度與之比較，如果 超過臨界狀態(tài)節(jié)點地址段長度的3倍，則該節(jié)點會回復一個臨界狀態(tài)響應幀，把自身地址 段長度的三分之一分配給臨界狀態(tài)節(jié)點。幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信 息。
[0025] 步驟c:兩個節(jié)點更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段長度和范圍信息。
[0026] 如圖3所示的臨界狀態(tài)地址分配過程，節(jié)點N1地址段長度為3,處于臨界狀態(tài)，而 N1周圍鄰居節(jié)點N2和N3的地址段長度都不夠，這種情況下N1會通過洪泛的方式向網(wǎng)絡中 的其他路由節(jié)點發(fā)送臨界狀態(tài)幀。N4、N5、N6和N7是網(wǎng)絡中其他部分的路由節(jié)點。N6的 地址段長度為40,在收到N1的臨界狀態(tài)幀并進行地址段長度比較后，發(fā)現(xiàn)自身地址段長度 是N1的3倍以上，便把自身的三分之一的地址段分配給N1。分配完以后，N1和N6的地址 段長度分別為16和27。
[0027] 當網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目趨于飽和時，處于臨界狀態(tài)的節(jié)點可能不能分配到來自其他節(jié) 點給予的地址段，因此該節(jié)點的地址段數(shù)目隨著子節(jié)點的加入而不斷減小。一旦節(jié)點的地 址段長度為〇時，節(jié)點便處于耗盡狀態(tài)，處于耗盡狀態(tài)的節(jié)點在后面的周期中不會再廣播 或洪泛地址段信息幀。節(jié)點處于耗盡狀態(tài)時，按照如下步驟進行處理： 步驟a:節(jié)點廣播一個地址耗盡幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，該幀中包含當前狀態(tài)信 息。
[0028] 步驟b :鄰居節(jié)點收到該幀后，會記錄下該節(jié)點的當前狀態(tài)。
[0029] 無論節(jié)點處于正常狀態(tài)還是臨界狀態(tài)，它周圍的鄰居節(jié)點都會周期性地獲得它的 地址段信息。如果在某個周期中，節(jié)點A不能收到某個鄰居節(jié)點B的地址段信息，節(jié)點A首 先會檢測節(jié)點B所處的狀態(tài)。如果節(jié)點B處于耗盡狀態(tài)，則說明節(jié)點B因為沒有可分配地 址段才不發(fā)送地址段信息。如果節(jié)點B不是處于耗盡狀態(tài)，則說明節(jié)點B處于非正常工作 狀態(tài)，此時節(jié)點A會進行地址段回收工作。節(jié)點A會檢查節(jié)點B最后一次廣播或洪泛的地 址段信息，并把自身原有的地址段與之合并。節(jié)點A更新完自身地址段信息后，會馬上廣播 一個地址段信息幀，通知鄰居節(jié)點來及時更新信息。
[0030] 應當理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的 原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨 在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修 改例。
【權(quán)利要求】
1. 一種無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，未入網(wǎng)的路由節(jié)點上電后，首 先執(zhí)行關聯(lián)入網(wǎng)的流程；然后向周圍的節(jié)點發(fā)送信標請求幀，并接收周圍節(jié)點發(fā)來的信標 幀；優(yōu)先選擇地址段長度較長的節(jié)點作為自己的父節(jié)點；最后向選定的父節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請 求幀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，所述信標 幀中包含地址段長度信息，所述入網(wǎng)請求幀中包含分配給該節(jié)點的地址和一個地址段信 息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，加入網(wǎng)絡 后的節(jié)點周期性檢查自身的地址段長度，根據(jù)自身地址段大小的不同分為三種狀態(tài)：正常 狀態(tài)、臨界狀態(tài)和耗盡狀態(tài)，節(jié)點在每種狀態(tài)下進行不同的處理流程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，所述地址 段長度閾值設定為4,當?shù)刂范伍L度大于或等于4時，節(jié)點處于正常狀態(tài)；當?shù)刂范伍L度大 于0且小于4時，節(jié)點處于臨界狀態(tài)；當?shù)刂范伍L度等于0時，節(jié)點處于耗盡狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，節(jié)點處于 正常狀態(tài)時，處理流程如下： 1) 節(jié)點廣播一個地址段信息幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，所述幀中包含地址段長度、 地址范圍以及當前狀態(tài)信息； 2) 節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)來的地址段信息幀，并獲取鄰居節(jié)點的當前地址段長度信 息，如果鄰居節(jié)點的地址段長度是自身的5倍以上，則向該鄰居節(jié)點發(fā)送地址請求信息幀； 3) 鄰居節(jié)點收到地址請求信息幀后，回復一個地址請求響應幀，把自身地址段長度的 一半分配給該節(jié)點，所述幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信息； 4) 兩個節(jié)點各自更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段范圍和長度信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，節(jié)點處于 臨界狀態(tài)時，處理流程如下： 1) 節(jié)點洪泛一個臨界狀態(tài)幀給網(wǎng)絡中的所有路由節(jié)點，該幀中包含了自身地址段長度 以及當前狀態(tài)信息； 2) 網(wǎng)絡中的路由節(jié)點收到該幀后，會把自身的地址段長度與之比較，如果超過臨界狀 態(tài)節(jié)點地址段長度的3倍，則該節(jié)點會回復一個臨界狀態(tài)響應幀，把自身地址段長度的三 分之一分配給臨界狀態(tài)節(jié)點，幀中包含分配給該節(jié)點的地址段長度和范圍信息； 3) 兩個節(jié)點各自更新自身以及鄰居節(jié)點的地址段長度和范圍信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于，節(jié)點處于 耗盡狀態(tài)時，在后面的周期中不會再廣播或洪泛地址段信息幀，其處理流程如下： 1) 節(jié)點廣播一個地址耗盡幀給一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點，該幀中包含當前狀態(tài)信息； 2) 鄰居節(jié)點收到該幀后，會記錄下該節(jié)點的當前狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的無線自組網(wǎng)的分段式地址分配方法，其特征在于， 在某個周期中，如果節(jié)點不能收到鄰居節(jié)點的地址段信息，節(jié)點首先會檢測鄰居節(jié)點的狀 態(tài)；如果鄰居節(jié)點不是處于耗盡狀態(tài)，節(jié)點會檢查鄰居節(jié)點最后一次廣播的地址段信息，并 把自身原有的地址段與之合并；節(jié)點更新完自身地址段信息后，廣播一個地址段信息幀，通 知鄰居節(jié)點來及時更新信息。
【文檔編號】H04L29/12GK104104746SQ201410337413
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】周曉明, 王薇, 歸成希, 張燕 申請人:蘇州博聯(lián)科技有限公司